CN101309826B - 合成材料 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有层压结构的成形热塑性合成板(100)，其中层压物包括至少第一(112)和第二(114)覆盖层，其每一者由纤维加固，在所述第一(112)与第二(114)覆盖层之间在所述板的至少一部分中提供包括可变形金属元件的核心层(106)，使得在与不具有所述可变形元件的板相比时，所述可变形元件经配置以减小所述热塑性合成物(100)的弹性性能。

Description

合成材料

技术领域

本发明涉及一种合成材料，明确地说(但不排除其它)涉及一种经配置以用于车体面板中的合成材料。

背景技术

便利地参考车体面板的领域来设定本发明的背景，但本发明具有更广泛的适用性。已知用塑料材料来制造车体面板(例如，机罩/引擎罩)。一般来说，此塑料车体面板由热固性合成物制成，但可能用热塑性合成物来制造此面板。在热塑性合成物的情况下，面板在冲击期间趋向于表现出弹性(除非超过弹性限度)，使得其返回其原始形状。这在某些碰撞期间，例如当车辆与行人或动物等碰撞时可能不利。在这些情况下，弹性性能可能趋向于将行人等推离车辆，藉此增加他/她的损伤。

GB 305 694展示其中使用聚合物材料来保护定位在聚合物内的金属结构部件的面板。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供一种具有层压结构的热塑性合成材料，其中层压物包括至少第一和第二覆盖层，在所述第一与第二覆盖层之间在材料的至少一部分中提供包括可变形元件的核心层。

据信，热固性材料将不适于本发明实施例，因为其很可能过分易碎，且因此延展性不够，使得其在冲击时将趋向于损坏。

根据本发明的第二方面，提供一种包括具有至少第一覆盖层和第二覆盖层的层压塑料材料结构的面板，在所述第一覆盖层与第二覆盖层之间在面板的至少一部分中提供包括可变形元件的核心层，所述可变形元件经配置以在面板变形期间经历永久变形。

通常，所述面板是车体面板。然而，无需如此，且所述面板可以是可经受冲击的任何面板。

根据本发明的第三方面，提供一种制造面板的方法，其包括：

i.配置包括可变形元件的至少一核心层并在其任一侧配置一覆盖层；

ii.施加热和压力以加固所述层。

通常，所述方法将用于制造车体面板。然而，无需如此，且所述方法可应用于可经受冲击的任何面板。

根据本发明的第四方面，提供一种制造合成材料的方法，其包括：

i.配置包括可变形元件的至少一核心层并在其任一侧配置一覆盖层；

ii.施加热和压力以加固所述层。

核心层可包括其中配置有可变形元件的热塑性材料基质。此基质是适宜的，因为其可改进待粘合的覆盖层与可变形元件之间的粘合。

核心层可包括由Bekaert以商标Santoprene提供的材料。

根据本发明的第五方面，提供一种车体面板(例如，机罩)，其包括具有至少第一覆盖层和第二覆盖层的层压塑料材料结构，在所述第一覆盖层与第二覆盖层之间在面板的中央区中提供包括多个金属线的核心层，所述金属线经配置使得面板在有冲击施加到其的期间经历中央区中的永久变形。

根据本发明的第六方面，提供一种减少行人损伤的方法，其包括提供具有根据本发明的第五方面的车体面板的车辆。

附图说明

下文现仅以举例方式参看附图提供本发明实施例的具体实施方式，附图中：

图1示意展示根据本发明一实施例的成形合成板内的层的分解图；

图2示意展示图1所示的层的一者的放大；

图3示意展示根据本发明一实施例的车体面板，其中一部分包括合成材料；

图4示意展示沿着图3的线A穿过车体面板的截面；以及

图5示意展示可提供的可变形元件的各种形式。

具体实施方式

在此实施例中，以分解形式展示的所形成的合成板100包括五个层102到110。在其它实施例中，可能存在其它数目的层。

在此实施例中，最顶部两个层102、104一起提供可称为第一覆盖层112的层；即所述覆盖层包括两个子层。最底部两个层108、110一起提供可称为第二覆盖层114的层；且同样包括两个子层。覆盖层内可能存在其它数目的子层。在第一覆盖层112与第二覆盖层114之间提供包括可变形元件的核心层106。

在最广泛意义上，可变形元件并入在合成板中使得其实质上阻止或至少减少合成板展现出弹性性能。举例来说，实施例可经配置使得所述板在冲击期间经历永久变形。可能存在某一程度的从变形中的恢复(即，部分弹性性能)，但可变形元件可大大减少恢复，藉此帮助防止能量返回对板冲击的物体。已知，热塑性聚合物具有“记忆力”且展现出在冲击之后恢复其形状的能力。包括不具有此恢复特性的可变形元件(其可认为是比覆盖层坚硬)的核心层的引入帮助防止或实质上减少面板的总体恢复。

通常，可变形元件将包括金属基质。所述金属基质通常可以是钢或钢合金，但同样可以是其它金属/合金，例如铝或类似物。

在图1的实施例中，包括可变形元件的层106展示为包括无周围基质的多个金属线。这是一种可能性，但可以如别处描述的许多形式提供可变形元件。此外，可变形元件通常可提供在热塑性材料基质内，以便利制造合成材料。在可变形元件提供在热塑性材料基质中的实施例中，可发现塑料材料较好地粘合到可变形元件。

在一些实施例中，可提供有多个核心层，其间可具有或不具有其它层。此类额外核心层可用于调整材料/其中使用所述材料的面板的特性。

如图1所示，覆盖层112、114中的每一者可包括多个子层。在此实施例中，覆盖层中的每一者展示为包括称为纤维加固的0/90叠层的物质；即第一子层具有定向为0°的纤维且第二子层具有相对于第一子层定向为90°的纤维。因此，可视需要通过适当使用加固来调整覆盖层112、114的特性。

因此，可认为所述结构是具有第一和第二覆盖层以及核心层的合成叠层，所述核心层本身包括可变形元件。在此实施例中，经加固面板的特性与每一层的特性相比是不同的。

在覆盖层中使用纤维加固的优点是，可实现热稳定性的增加。此稳定性在例如车辆面板等应用中可能是有利的，在所述应用中如果面板不在其操作温度范围(其极限可从-40℃延伸到130℃的太阳能加载)内经历显著膨胀则是有益的。此外，面板可在着漆工艺期间暴露于烘炉，所述着漆工艺可将面板暴露于大约200℃的温度。鉴于较大温度范围，因此本发明实施例将覆盖层的热膨胀与金属元件的热膨胀相匹配是有利的。可通过在覆盖层中适当配置加固纤维来实现这种匹配。

如果使用单向纤维作为覆盖层中的加固元件，那么可进一步增加热稳定性。如此，覆盖层的子层可包括在实质上单一方向上延伸的加固纤维，使得整个覆盖层包括在不同方向上延伸的纤维。

覆盖层112、114中的每一者内的子层(或甚至核心层)可包括以下中的任一者：定向纤维加固的半加固片叠层；随机纤维加固热塑性塑料；自加固聚合板；准各向同性纤维叠层；或编织热塑性合成基质等。如此实施例中所示，提供覆盖层是有利的，因为其允许提供大体上平滑的顶部表面，所述顶部表面遮蔽由核心层106中的可变形元件导致的表面中的任何缺陷。此类缺陷通常将称为参考标记(witness mark)。此大体上平滑的表面在预期用作车体面板的实施例中是有益的，以便可在面板上实现良好的涂料精整(或甚至在需要面板的较高等级精整的其它应用中)。在覆盖层的子层内使用实质上单向纤维可增加对面板表面中的参考标记的抵抗力。

在此实施例中，金属可变形元件可包括以下中的任一者：线、绳索、编织物、穿孔板或网格；已囊封在与覆盖层中的塑料材料兼容的热塑性材料中的线、绳索、编织物、穿孔板或网格。图5展示此类实施例的实例：图5a展示多个线；图5b展示网格，图5c展示编织物且图5d展示穿孔板。这些或其它可变形部件中的每一者可提供在基质内。

图5e展示在热塑性材料基质502内的多个线500。还可在类似基质502中提供任何其它形式的可变形元件。本发明的一些实施例可包括除图1所示的层以外的额外层。可能(例如)存在多个包括可变形层的核心层。覆盖层中的每一者内可存在额外子层

在一些实施例中，例如图3所示，可在整个区域的一部分中提供包括可变形元件的核心层。在此配置中，可认为可变形元件定位在局部区域中。图3展示车体面板300(例如，车辆机罩/引擎罩、门、翼、顶板或类似物)，其中包括可变形元件的核心层提供在其中央区302处。在替代实施例中，可变形元件可提供在不同区中，例如前方、后方等。在一些实施例中，所形成的合成板可包括一个以上可变形元件，例如2、3、4、10或其间的任何数字。此外，合成板可包括具有替代拓扑(例如圆形或类似形状)的可变形元件。所属领域的技术人员将容易了解，不同应用可能需要不同配置，且能够相应地适应所述合成板。

在此类实施例中，合成材料/车体面板的区域除两个覆盖层112、114以外还可在未提供可变形元件的区域中包括一个或一个以上充填核心层400。此类充填核心层400是有利的，以便帮助确保整个面板/合成材料的厚度维持实质上恒定(如果需要具有恒定厚度的话)。此类充填核心层400通常将包括与覆盖层112、114中的热塑性材料兼容的热塑性材料，或甚至是实质上相同的热塑性材料。充填核心层400可以或可以不加固，但图4展示这些层用随机定向短纤维加固。兼容旨在表示热塑性塑料可彼此混合而不影响热塑性塑料的任一者或组合的特性。在一种情况下，兼容的热塑性塑料可包括相同或实质上相同的聚合材料。

在一些实施例中，可使用具有适当厚度的充填核心层，以便视需要调整面板的厚度。举例来说，如果需要面板的较厚部分，那么可使用较厚的充填核心层，且如果需要较薄的面板，那么可使用较薄的充填核心层。

图2中展示可变形元件覆盖少于面板的面积的实施例。含有可变形元件的核心层200展示于中央区中，且充填核心层202、204展示于其每一侧。在所展示的实施例中，充填核心层用塑料材料基质内的随机纤维加固。其它实施例可能不经加固，或可能利用其它已知技术加固。

例如参看图3和4描述的车体面板300可能是有利的，因为其允许提供实质上平滑的面板，且因此可允许实现较高等级的涂料精整。此外，可变形元件允许调整面板的变形特性。在一些面板中，如果面板一旦变形便不展示弹性性能则是有利的。举例来说，在车辆机罩/引擎罩中，已发现如果机罩/引擎罩回弹为其原始形状(即，展现出弹性性能)，那么对已被车辆碰撞的行人的损伤可增加，因为行人可能由于面板恢复其原始形状而被推动，从而增加他/她的损伤。通过适当地选择可变形元件，可提供合成热塑性材料面板，其展现出永久变形且藉此不会以此方式推动行人。

如此项技术中已知可通过组合(通常称为叠层)多个层(例如，在图1的实例中，层102-110)，且接着将所述层加热到其熔融温度并在压力下使结构加固来制造热塑性材料/车体面板。可使用例如真空加固、按压等工艺将合成物加固为所需形状。叠层可由机器在大批量工艺中自动执行，或在较少批量工艺中手动执行。因此，一旦执行加固就产生一致结构。

将容易了解，加固面板具有实质上去除合成物内的任何气孔的效果。结果是构造为实质上实心材料的合成物。

如果可变形插入件是金属的或具有高热传导率的另一材料，那么可能针对此加固工艺使用可变形元件将热传导到材料中。

一般来说，通过此实施例中概述的工艺形成的面板不具有任何高曲率的区域(例如，车辆机罩/引擎罩)，且因此可变形插入件无需在加固工艺之前变形；即在此实施例中，其可以板形式加以使用。在其它实施例中，如果存在较高程度的曲率，那么可能有必要在加固工艺之前，在对层进行叠层之前使可变形元件成形。

热塑性材料可以是例如聚丙烯、PET、PBT、聚碳酸酯、尼龙热塑性聚氨酯或热塑性材料混合物等任何适宜的热塑性材料。

在聚丙烯作为覆盖层和核心层中的热塑性材料的实例中，所述结构将被加热到大致180℃与220℃之间，加固压力大致为1巴或更大。如所属领域的技术人员将了解，其它热塑性材料可需要其它温度和压力。

在一个实施例中，提供可变形核心层106作为由Bekaert以商标名Santoprene^TM提供的层，其在一个实施例中包括由热塑性基质包围的具有大致1mm的直径的线。其结构与图5d所示的结构类似。然而，将容易了解，可使用替代材料。当然，线直径不需要为1mm，且可为0.1mm、0.5mm、2mm、5mm或其间的任何数字。在此类替代配置中，可变形元件的材料(例如所使用的金属)的特性可规定哪一几何结构最佳适于应用。

尽管主要参考车体面板进行描述，但本发明实施例也可提供任何可经历冲击的面板。举例来说，道路标志、门的面板或类似物。

根据本发明一实施例的面板的典型厚度可能大致在1mm与10mm的厚度范围内。更一般来说，面板可大致为5mm或更薄。

Claims (14)

1.一种具有经加固层压结构的成形热塑性合成板，其中层压物包括至少第一和第二覆盖层，其每一者由纤维加固，在所述第一与第二覆盖层之间在所述板的至少一部分中提供包括可变形金属元件的核心层，使得在与不具有所述可变形元件的板相比时，所述可变形元件经配置以减小所述热塑性合成板的弹性性能,其特征在于所述覆盖层每一者包括至少第一和第二纤维加固子层,所述至少第一和第二纤维加固子层的加固纤维在实质上在各自的单一方向上延伸。

2.根据权利要求1所述的塑性合成板，其中以以下形式中的任一者提供所述金属元件：编织物、线、穿孔盘、网格。

3.根据权利要求1所述的塑性合成板，其中提供至少一个所述可变形元件。

4.根据权利要求1所述的塑性合成板，其中提供至少一个充填核心层，其配置在所述核心层的不存在可变形元件的区域中。

5.根据权利要求1所述的塑性合成板，其中每一覆盖层包括至少所述第一和第二纤维加固子层，其中所述第一纤维加固层内的所述纤维加固经配置以与所述第二子层中的所述纤维加固实质上成90度。

6.根据权利要求4所述的塑性合成板，其中所述覆盖层的每一者包括与所述核心层相比相同或至少兼容的基质材料。

7.根据前任一权利要求所述的塑性合成板，其为车体面板，包含机罩、门、顶板。

8.一种制造塑性合成板的方法，其包括：

i.配置包括可变形元件和在任一侧配置一纤维加固覆盖层的至少一核心层；

ii施加热和压力以加固所述核心层和纤维加固覆盖层，其特征在于所述覆盖层每一者包括具有在实质上在各自的单一方向上延伸的纤维的至少一个纤维加固子层。

9.根据权利要求8所述的方法，其中所述核心层延伸小于所述塑性合成板的整个区域。

10.根据权利要求8所述的方法，其中在不存在可变形元件所述核心层的区域中提供充填核心层。

11.根据权利要求10所述的方法，其中所述充填核心层用于调整所述塑性合成板的厚度以提供所述面板的加厚或减薄。

12.根据权利要求8所述的方法，其中提供所述核心层作为含有所述可变形元件的塑料材料的基质。

13.根据权利要求8所述的方法，其用于制造车体面板。

14.根据权利要求8所述的方法，其中以以下形式中的任一者提供所述可变形元件:编织物、线、穿孔盘、网格。

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